Doc Edgerton inspired us with awe and curiosity with this photo of a bullet piercing through an apple, and exposure just a millionth of a second. But now, 50 years later, we can go a million times faster and see the world not at a million or a billion, but one trillion frames per second.
Doc Edgerton nous a impressionnés et intrigués avec cette photo d'une balle qui transperce une pomme, en un temps de pose d'un millionième de seconde. Maintenant, 50 ans plus tard, nous pouvons aller un million de fois plus vite et voir le monde non pas à un million ou un milliard, mais un trillion d'images par seconde.
I present to you a new type of photography, femto-photography, a new imaging technique so fast that it can create slow motion videos of light in motion. And with that, we can create cameras that can look around corners, beyond line of sight, or see inside our body without an x-ray, and really challenge what we mean by a camera.
Je vous présente un nouveau type de photographie, la femto-photographie, une nouvelle technique d'imagerie tellement rapide qu'elle peut créer une vidéo au ralenti de la lumière en mouvement. Avec ça, nous pouvons créer des appareils photo qui peuvent regarder dans les coins, derrière la ligne de vision ou voir à l'intérieur de notre corps sans rayons X, et vraiment défier notre conception d’un appareil photo.
Now if I take a laser pointer and turn it on and off in one trillionth of a second -- which is several femtoseconds -- I'll create a packet of photons barely a millimeter wide. And that packet of photons, that bullet, will travel at the speed of light, and again, a million times faster than an ordinary bullet. Now, if you take that bullet and take this packet of photons and fire into this bottle, how will those photons shatter into this bottle? How does light look in slow motion?
Si je prends un pointeur laser et je l'allume et je l'éteins dans l'espace d'un trillion de secondes, ce qui représente plusieurs femtosecondes, je crée un paquet de photons d’à peine un millimètre de largeur, et ce paquet de photons, cette balle, voyagera à la vitesse de la lumière, et, encore une fois, un million de fois plus vite qu'une balle ordinaire. Si vous prenez cette balle et ce paquet de photons et que vous tirez dans cette bouteille, comment ces photons iront-ils se fracasser dans cette bouteille ? A quoi ressemble la lumière au ralenti ?
[Light in Slow Motion ... 10 Billion x Slow]
Now, the whole event --
Tout l'évènement ... (Applaudissements)
(Applause)
(Applaudissements)
Now remember, the whole event is effectively taking place in less than a nanosecond -- that's how much time it takes for light to travel. But I'm slowing down in this video by a factor of 10 billion, so you can see the light in motion.
Rappelez-vous, tout l'évènement se déroule en fait en moins d’une nanoseconde, c'est la vitesse de la lumière, mais je ralentis la vidéo de 10 milliards de fois pour que vous puissiez voir la lumière en mouvement.
(Laughter)
Coca-Cola n'a pas sponsorisé cette recherche. (Rires)
But Coca-Cola did not sponsor this research.
(Laughter)
Now, there's a lot going on in this movie, so let me break this down and show you what's going on. So the pulse enters the bottle, our bullet, with a packet of photons that start traveling through and that start scattering inside. Some of the light leaks, goes on the table, and you start seeing these ripples of waves. Many of the photons eventually reach the cap and then they explode in various directions. As you can see, there's a bubble of air and it's bouncing around inside. Meanwhile, the ripples are traveling on the table, and because of the reflections at the top, you see at the back of the bottle, after several frames, the reflections are focused.
Il se passe beaucoup de choses dans cette vidéo, je vais donc la décomposer et vous montrer ce qui se passe. L'impulsion rentre dans la bouteille, notre balle, avec un paquet de photons qui commence à la traverser et commence à se disperser à l'intérieur. De la lumière s'échappe, va sur la table, et vous commencez à voir cette ondulation. Une grande partie des photons arrivent finalement au bouchon et ensuite ils explosent dans toutes les directions. Vous voyez, il y a une bulle d'air, et elle rebondit à l'intérieur. Pendant ce temps, l'ondulation se déplace sur la table, et à cause du reflet en haut, vous voyez à l'arrière de la bouteille, après plusieurs images, les reflets se concentrent.
Now, if you take an ordinary bullet and let it go the same distance and slow down the video -- again, by a factor of 10 billion -- do you know how long you'll have to sit here to watch that movie?
Si vous prenez une balle ordinaire et vous lui faites parcourir la même distance et vous ralentissez la vidéo à nouveau d'un facteur de 10 milliards, savez-vous combien de temps il vous faudrait rester assis pour regarder la vidéo ?
(Laughter)
A day, a week? Actually, a whole year. It'll be a very boring movie --
Une journée, une semaine ? En fait, un an. Ce serait un film très ennuyeux, (Rires)
(Laughter)
of a slow, ordinary bullet in motion.
d'une balle ordinaire qui se déplace lentement.
And what about some still-life photography? You can watch the ripples, again, washing over the table, the tomato and the wall in the back. It's like throwing a stone in a pond of water.
Et si nous prenions une nature morte ? A nouveau vous voyez les ondes inonder la table, la tomate et le mur à l'arrière. C’est un peu comme lancer un caillou dans un étang.
I thought: this is how nature paints a photo, one femto frame at a time, but of course our eye sees an integral composite. But if you look at this tomato one more time, you will notice, as the light washes over the tomato, it continues to glow. It doesn't become dark. Why is that? Because the tomato is actually ripe, and the light is bouncing around inside the tomato, and it comes out after several trillionths of a second. So in the future, when this femto-camera is in your camera phone, you might be able to go to a supermarket and check if the fruit is ripe without actually touching it.
J’ai pensé : c’est ainsi que la nature représente une photo, une image- femto à la fois, mais bien sûr, nos yeux voient une composition intégrale. Mais si vous regardez encore une fois la tomate, vous remarquerez que pendant que la lumière inonde la tomate, elle continue de luire. Elle ne devient pas sombre. Pourquoi ? Parce que la tomate est mûre, et la lumière rebondit à l’intérieur de la tomate, et en ressort plusieurs trillions de secondes plus tard. A l’avenir, quand cet appareil photo femto sera dans votre portable, vous pourrez aller dans un supermarché
(Laughter)
et vérifier si les fruits sont murs sans les toucher.
So how did my team at MIT create this camera? Now, as photographers, you know, if you take a short exposure photo, you get very little light. But we're going to go a billion times faster than your shortest exposure, so you're going to get hardly any light. So what we do is we send that bullet -- that packet of photons -- millions of times, and record again and again with very clever synchronization, and from the gigabytes of data, we computationally weave together to create those femto-videos I showed you.
Comment mes collègues au MIT ont-ils créé cet appareil photo ? En tant que photographes, vous savez, si vous prenez une photo avec un temps de pose très court, vous capturez très peu de lumière, mais nous irons un milliard de fois plus vite que l’exposition la plus courte que vous utilisez, nous capturerons à peine la lumière. En fait, nous envoyons la balle, ces paquets de photos, des millions de fois, en enregistrant encore et encore avec une synchronisation très ingénieuse, nous rassemblons informatiquement ces giga-octets de données, pour créer les vidéos-femto que je vous ai montrées.
And we can take all that raw data and treat it in very interesting ways. So, Superman can fly. Some other heroes can become invisible. But what about a new power for a future superhero: To see around corners. The idea is that we could shine some light on the door, it's going to bounce, go inside the room, some of that is going to reflect back on the door, and then back to the camera. And we could exploit these multiple bounces of light.
Nous pouvons prendre toutes les données brutes et les traiter de façon intéressante. Superman peut voler. D’autres héros peuvent devenir invisibles, mais que diriez-vous d’un nouveau pouvoir pour un futur superhéro : voir dans les coins ? L’idée est de projeter la lumière sur la porte. Elle rebondira, elle entrera dans la pièce, une partie sera réfléchie sur la porte, et à nouveau vers l’appareil photo, et nous pourrions exploiter ces multiples rebondissements de la lumière.
And it's not science fiction. We have actually built it. On the left, you see our femto-camera. There's a mannequin hidden behind a wall, and we're going to bounce light off the door.
Ce n’est pas de la science-fiction. Nous l’avons vraiment construit. Sur la gauche, vous voyez notre appareil photo femto. Il y a un mannequin caché derrière le mur, et nous allons faire rebondir la lumière sur la porte.
So after our paper was published in Nature Communications, it was highlighted by Nature.com, and they created this animation.
Apres la publication de notre article sur Nature Communications, il a été repris par Nature.com,
(Music)
et ils ont créé cette animation.
[A laser pulse is fired]
(Musique)
(Music)
Nous allons tirer ces balles de lumière,
Ramesh Raskar: We're going to fire those bullets of light, and they're going to hit this wall, and because of the packet of the photons, they will scatter in all the directions, and some of them will reach our hidden mannequin, which in turn will again scatter that light, and again in turn, the door will reflect some of that scattered light. And a tiny fraction of the photons will actually come back to the camera, but most interestingly, they will all arrive at a slightly different time slot.
qui vont heurter ce mur, et parce que le paquet de photons, se dispersera dans toutes les directions, et certains atteindront le mannequin caché, qui à son tour dispersera la lumière, et à nouveau la porte renverra une partie de cette lumière dispersée, et une minuscule fraction de photons reviendra vers l’appareil photo, mais plus intéressant encore, ils arriveront tous à différents intervalles de temps.
(Music)
(Musique)
And because we have a camera that can run so fast -- our femto-camera -- it has some unique abilities. It has very good time resolution, and it can look at the world at the speed of light. And this way, we know the distances, of course to the door, but also to the hidden objects, but we don't know which point corresponds to which distance.
Et puisque nous avons un appareil photo aussi rapide, notre appareil photo femto a des capacités uniques. Il a une très bonne résolution, et il peut voir le monde à la vitesse de la lumière. De cette manière, nous connaissons les distances, jusqu'à la porte, mais aussi jusqu'aux objets cachés, mais nous ne savons pas quel point correspond
(Music)
à quelle distance.
By shining one laser, we can record one raw photo, which, if you look on the screen, doesn't really make any sense. But then we will take a lot of such pictures, dozens of such pictures, put them together, and try to analyze the multiple bounces of light, and from that, can we see the hidden object? Can we see it in full 3D?
(Musique) En projetant un laser nous pouvons enregistrer une photo brute qui, vue à l’écran, n’a aucun sens, mais ensuite nous prenons beaucoup de photos comme celle-ci, des dizaines de photos de ce genre, nous les assemblons, et nous essayons d’analyser les multiples rebondissements de la lumière, et de là, pouvons-nous voir les objets cachés ? Pouvons-nous le voir entièrement en 3D ?
So this is our reconstruction.
Voilà donc notre reconstruction. (Musique)
(Music)
(Musique)
(Applause)
(Musique) (Applaudissements)
Now, we have some ways to go before we take this outside the lab on the road, but in the future, we could create cars that avoid collisions with what's around the bend. Or we can look for survivors in hazardous conditions by looking at light reflected through open windows. Or we can build endoscopes that can see deep inside the body around occluders, and also for cardioscopes. But of course, because of tissue and blood, this is quite challenging, so this is really a call for scientists to start thinking about femto-photography as really a new imaging modality to solve the next generation of health-imaging problems.
Il nous faudra encore du temps avant de sortir tout ceci du labo, mais à l’avenir, nous pourrons créer des voitures qui évitent les accrochages avec ce qui est derrière un virage, ou nous pourrons chercher des survivants dans des conditions dangereuses en regardant la lumière renvoyée à travers des fenêtres ouvertes, ou nous pouvons construire des endoscopes qui voient à l’intérieur de notre corps autour des occlusions, et aussi pour les cardioscopes. Mais bien sûr, à cause des tissus et du sang, c’est assez difficile, donc c’est vraiment un appel aux chercheurs pour qu’ils commencent à penser à la femto-photographie en tant que nouvelle solution d’imagerie pour résoudre les problèmes d’imagerie médicale de la prochaine génération.
Now, like Doc Edgerton, a scientist himself, science became art -- an art of ultra-fast photography. And I realized that all the gigabytes of data that we're collecting every time, are not just for scientific imaging. But we can also do a new form of computational photography, with time-lapse and color coding. And we look at those ripples. Remember: The time between each of those ripples is only a few trillionths of a second.
Comme pour Doc Edgerton, lui-même scientifique, la science est devenu un art de la photographie ultra-rapide, et je me suis rendu compte que tous les giga-octets de données que nous recueillons à chaque fois ne sont pas uniquement pour l’imagerie scientifique, nous pouvons faire aussi une nouvelle forme de photographie informatique avec intervalles de temps et code couleur, et nous regardons ces ondulations. Rappelez-vous, le temps qui passe entre chaque ondulation est seulement de quelques milliardièmes de seconde.
But there's also something funny going on here. When you look at the ripples under the cap, the ripples are moving away from us. The ripples should be moving towards us. What's going on here?
Mais il y a aussi une chose amusante. Quand vous regardez ces ondulations sous le bouchon, les ondulations s’éloignent de nous. Les ondulations devraient se rapprocher de nous. Qu’est-ce qui se passe ?
It turns out, because we're recording nearly at the speed of light, we have strange effects, and Einstein would have loved to see this picture.
Il s’avère que, vu que nous sommes en train d’enregistrer quasiment à la vitesse de la lumière, nous avons des effets bizarres,
(Laughter)
et Einstein aurait adoré voir cette photo.
The order at which events take place in the world appears in the camera sometimes in reversed order. So by applying the corresponding space and time warp, we can correct for this distortion.
L’ordre dans lequel les choses se passent dans le monde apparaissent parfois dans l’appareil photo dans l’ordre inverse, aussi en appliquant les décalages temporels et spatiaux correspondants nous pouvons corriger cette distorsion.
So whether it's for photography around corners, or creating the next generation of health imaging, or creating new visualizations, since our invention, we have open-sourced all the data and details on our website, and our hope is that the DIY, the creative and the research communities will show us that we should stop obsessing about the megapixels in cameras --
Que ce soit pour photographier dans des coins, ou pour créer la prochaine génération d’imagerie médicale, ou pour créer de nouvelles visualisations, puisque notre invention est open-source, toutes les données et les détails sont sur notre site, nous souhaitons que la communauté des bricoleurs, la communauté des créatifs et des chercheurs nous montre qu’il faut qu’on arrête d’être obsédé
(Laughter)
par les mégapixels des appareils photo, (Rires),
and start focusing on the next dimension in imaging. It's about time.
et qu'on commence à se concentrer sur la prochaine dimension d’imagerie. Il est grand temps. Merci. (Applaudissements)
Thank you.
(Applause)
(Applaudissements)